Некоторые современные маломощные устройства потребляют очень небольшой ток (несколько миллиампер), но для своего питания требуют уж слишком экзотического источника – батарейки напряжением 9 В, которой к тому же хватает максимум на 30… 100 часов работы прибора. Особенно странно это выглядит сейчас, когда Li-ion аккумуляторы от разнообразных мобильных гаджетов стоят чуть ли не дешевле самих батареек – элементов питания. Поэтому естественно, что настоящий радиолюбитель постарается приспособить аккумуляторы для питания своего прибора, а не будет периодически разыскивать «антикварные» батарейки.

Если рассмотреть в качестве маломощной нагрузки обычный (и популярный) мультиметр М830, питающийся от элемента типа «Корунд», то для создания напряжения 9 В нужны минимум 2-3 последовательно соединенных аккумулятора, что нам не подходит – они просто не влезут внутрь корпуса прибора. Поэтому единственный выход – использование одного аккумулятора и повышающего преобразователя напряжения.

Выбор элементной базы

Самое простое решение – это использование таймера типа 555 (или его КМОП-версии 7555) в импульсном преобразователе (емкостные преобразователи не подходят – у нас слишком большая разница между входным и выходным напряжениями). Дополнительный «плюс» этой микросхемы – у нее имеется выход с открытым коллектором, причем достаточно высоковольтный – способный выдерживать напряжение до +18 В при любом рабочем напряжении питания. Благодаря этому можно собрать преобразователь буквально из десятка дешевых и распространенных деталей (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Схема простого преобразователя

Вывод 3 микросхемы – обычный выход с двумя состояниями, он используется в этой схеме для поддержания генерации. Вывод 7 – выход с открытым коллектором, способный выдерживать повышенное напряжение, поэтому его можно подключить непосредственно к катушке, без повторителя на транзисторе. Вход образцового напряжения (вывод 5) используется для регулирования выходного напряжения.

Принцип работы устройства

Сразу после подачи напряжения питания конденсатор СЗ разряжен, ток через стабилитрон VD1 не течет, напряжение на входе REF микросхемы равно 2/3 напряжения питания, и скважность выходных импульсов равна 2 (то есть длительность импульса равна длительности паузы), конденсатор СЗ заряжается с максимальной быстротой. Диод VD2 нужен для того, чтобы разряженный конденсатор СЗ не влиял на схему (не уменьшал напряжение на выводе 5), резистор R2 – «на всякий случай», для защиты.

По мере заряда этого конденсатора стабилитрон VD1 начинает приоткрываться, и напряжение на выводе 5 микросхемы повышается. От этого длительность импульса уменьшается, длительность паузы возрастает, пока не наступит динамическое равновесие и выходное напряжение не стабилизируется на определенном уровне. Величина выходного напряжения зависит только от напряжения стабилизации стабилитрона VD1 и может быть до 15…18В – при большем напряжении микросхема может выйти из строя.

О деталях

Катушка L1 намотана на ферритовом кольце К7х5х2 (внешний диаметр – 7 мм, внутренний – 5 мм, толщина – 2 мм), примерно 50…100 витков проводом диаметром 0,1 мм. Кольцо можно взять и побольше, тогда число витков можно будет уменьшить, или взять промышленный дроссель индуктивностью сотни микрогенри (мкГн).

Микросхему 555 можно заменить на отечественный аналог К1006ВИ1 или на КМОП-версию 7555 – у нее меньше потребляемый ток (аккумулятор «продержится» чуть дольше) и шире диапазон рабочих напряжений, однако у нее более слабый выход (если мультиметру требуется более 10 мА – она может не выдать такой ток, особенно при столь малом напряжении питания) и она, как и все КМОП-структуры, «не любит» повышенное напряжение на своем выходе.

Особенности устройства

Устройство начинает работать сразу после сборки, вся настройка заключается в установке выходного напряжения подбором стабилитрона VD1, при этом к выходу параллельно конденсатору СЗ нужно подключить резистор сопротивлением 3…1 кОм (имитатор нагрузки), но не мультиметр!

Запрещается включать преобразователь с неприпаянным стабилитроном – тогда выходное напряжение будет ничем не ограничено и схема может «убить» сама себя. Также можно увеличить рабочую частоту, уменьшив сопротивление резистора R1 или конденсатора С1 (если она работает на звуковой частоте – слышан высокочастотный писк). При длине проводов от аккумулятора менее 10…20 см фильтрующий конденсатор питания необязателен, или можно между выводами 1 и 8 микросхемы поставить конденсатор емкостью 0,1 мкФ и более.

Выявленные недостатки

Во-первых, в устройстве оказываются два генератора (один – задающий генератор микросхемы АЦП – аналогово-цифрового перобра- зователя прибора, второй – генератор преобразователя), работающих на одинаковых частотах, то есть они будут влиять друг на друга (биение частот) и точность измерений серьезно ухудшится.

Во-вторых, частота генератора преобразователя постоянно меняется в зависимости от тока нагрузки и напряжения батареи (потому что в цепи ПОС – положительной обратной связи – стоит резистор, а не генератор тока), поэтому предсказать и скорректировать его влияние становится невозможно. Конкретно для мультиметра идеальным будет один общий генератор для АЦП и преобразователя с фиксированной рабочей частотой.

Второй вариант преобразователя

Схема такого преобразователя чуть сложнее и изображена на рис. 1.7.

На элементе DD1.1 собран генератор, через конденсатор С2 он тактирует преобразователь, а через С5 – микросхему АЦП. Большинство недорогих мультиметров собраны на базе АЦП двойного

Рис. 1.7. Схема преобразователя с фиксированной рабочей частотой

интегрирования ICL7106 или ее аналогов (40 выводов, 3,5 знака на дисплее), для тактирования этой микросхемы нужно всего лишь удалить конденсатор между выводами 38 и 40 (отпаять его ножку от вывода 38 и припаять к выводу 11 DD1.1). Благодаря обратной связи через резистор между выводами 39 и 40 микросхема может тактироваться даже очень слабыми сигналами амплитудой доли вольта, поэтому 3-вольтовых сигналов с выхода DD1.1 вполне достаточно для ее нормальной работы.

Кстати, таким образом можно в 5… 10 раз увеличить скорость измерения – просто повысив тактовую частоту. Точность измерения от этого практически не страдает – ухудшается максимум на 3…5 единиц младшего разряда. Стабилизировать рабочую частоту для такого АЦП не нужно, поэтому обычного RC-генератора вполне достаточно для нормальной точности измерений.

На элементах DDI.2 и DD1.3 собран ждущий мультивибратор, длительность импульса которого с помощью транзистора VT2 может изменяться почти от 0 до 50%. В исходном состоянии на его выходе (вывод 6) присутствует «логическая единица» (высокий

уровень напряжения), и конденсатор СЗ заряжен через диод VD1. После поступления запускающего отрицательного импульса мультивибратор «опрокидывается», на его выходе появляется «логический нуль» (низкий уровень напряжения), блокирующий мультивибратор через вывод 2 DDI.2 и открывающий транзистор VT1 через инвертор на DD1.4. В таком состоянии схема будет до тех пор, пока не разрядится конденсатор СЗ – после чего «нуль» на выводе 5 DD1.3 «опрокинет» мультивибратор обратно в ждущее состояние (к этому времени С2 успеет зарядиться и на выводе 1 DD1.1 также.будет «1»), транзистор VT1 закроется, и катушка L1 разрядится на конденсатор С4. После прихода очередного импульса снова повторятся все вышеперечисленные процессы.

Таким образом, количество запасаемой в катушке L1 энергии зависит только от времени разряда конденсатора СЗ, то есть от того, насколько сильно открыт транзистор VT2, помогающий ему разряжаться. Чем выше выходное напряжение – тем сильнее открывается транзистор; таким образом, выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне, зависящем от напряжения стабилизации стабилитрона VD3.

Для зарядки аккумулятора используется простейший преобразователь на регулируемом линейном стабилизаторе DA1. Заряжать аккумулятор, даже при частом пользовании мультиметром, приходится всего пару раз в год, поэтому ставить сюда более сложный и дорогой импульсный стабилизатор нет смысла. Стабилизатор настроен на выходное напряжение 4,4…4,7 В, которое диодом VD5 понижается на 0,5…0,7 В – до стандартных для заряженного литий-ионного аккумулятора значений (3,9…4,1 В). Этот диод нужен для того, чтобы аккумулятор не разряжался через DA1 в автономном режиме. Для зарядки аккумулятора нужно подать на вход XS1 напряжение 6…12В и забыть о нем на 3…10 часов. При высоком входном напряжении (более 9 В) микросхема DA1 сильно греется, поэтому нужно или предусмотреть теплоотвод, или понизить входное напряжение.

В качестве DA1 можно использовать 5-вольтовые стабилизаторы КР142ЕН5А, ЕН5В, 7805 – но тогда, для гашения «лишнего» напряжения, VD5 нужно составить из двух соединенных последовательно диодов. Транзисторы в этой схеме можно использовать практически любых структур п-р-п, КТ315Б здесь стоят только потому, что у автора их скопилось слишком много.

Нормально будут работать КТ3102, 9014, ВС547, ВС817 и др. Диоды КД521 можно заменить на КД522 или 1N4148, VD1 и VD2 должны быть высокочастотными – идеальны BAV70 или BAW56. VD5 – любой диод (не Шоттки!) средней мощности (КД226, 1N4001). Диод VD4 необязателен – просто у автора были слишком низковольтные стабилитроны и выходное напряжение не дотягивало до минимальных 8,5 В – а каждый дополнительный диод в прямом включении прибавляет к выходному напряжению по 0,7 В. Катушка – та же, что и для предыдущей схемы (100…200 мкГн). Схема доработки переключателя мультиметра показана на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Электрическая схема доработки переключателя мультиметра

К центральной дорожке-кольцу мультиметра подключен положительный вывод батарейки, мы же соединяем это кольцо с «+» аккумулятора. Следующее кольцо – второй контакт переключателя, и оно соединено с элементами схемы мультиметра 3…4 дорожками. Эти дорожки с противоположной стороны платы нужно разорвать и соединить вместе, а также с выходом +9 В преобразователя. Кольцо же соединяем с шиной питания +3 В преобразователя. Таким образом, мультиметр соединен с выходом преобразователя, а переключателем мультиметра мы включаем-выключаем питание преобразователя. На такие сложности приходится идти из-за того, что преобразователь потребляет некоторый ток (3…5 мА) даже при отключенной нагрузке, а аккумулятор таким током разрядится примерно за неделю. Здесь же мы отключаем питание самого преобразователя, rf аккумулятора хватит на несколько месяцев.

В настройке правильно собранное из исправных деталей устройство не нуждается, иногда нужно только отрегулировать напряжение резисторами R7, R8 (зарядное устройство) и стабилитроном VD3 (преобразователь).

Варианты печатной платы показаны на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Варианты печатной платы

Плата имеет размеры стандартной батарейки и устанавливается в соответствующем отсеке. Аккумулятор укладывается под переключателем – обычно там достаточно места, предварительно его нужно обмотать несколькими слоями изоленты или хотя бы скотчем. Для подключения разъема зарядного устройства в корпусе мультиметра нужно просверлить отверстие. Расположение выводов у разных разъемов XS1 иногда отличается, поэтому, возможно, придется несколько доработать плату. Чтобы аккумулятор и плата преобразователя не «болтались» внутри мультиметра, их нужно чем- нибудь прижать внутри корпуса.

Схема преобразователя представлена на рис.. Основа уст-ва однотактный автогенератор с трансформаторной связью и обратным включением диода. Генератор преобразователя выполнен на VT2. Германиевый транзистор имеет малое сопротивление насыщения, и это обеспечивает легкий запуск и нормальную работу преобразователя при низком напряжении питания. На VT1 собран стабилизатор базового тока транзистора VT2, предназначенный для уменьшения зависимости выходного напряжения от источника питания. VD1 и С1 образуют однополупериодный выпрямитель.

При снижении питания до 1,5В выходное напряжение преобразователя уменьшиться только на 20%. Частота генерации 60 кГц и зависит от напряжения питания(напряжение питания 2В — 30кГц).

В целях упрощения конструкции и уменьшения габаритов уст-во собрано не на печатной плате.

Детали:
Трансформатор выполнен на магнитопроводе К20*10*5 из 2-х склеенных ферритовых колец марки 2000НМ1. Обмотки выполнены проводом ПЭВ-2 0,57 и равномерно распределены по окружности, I — 8 витков, II — 11 витков.
VT2 — ГТ122В с коэф. усиления не менее 100, но его так же можно заменить на МП37А(38А).
VT1 — КП303 В(Г Д Е)
* R1 — регулировка выходного напряжения. Ток потребления от источника питания (батарейки) — 36мА.

Литература:
Журнал Радио 02 2000 — Преобразователь питания для приемников.

• Похожие статьи

У вас часто бывало что когда нужна некоторая вещь срочно, её никогда не найти? Вот так и было у меня с 9 вольтовой батарейкой для моего мультиметра. А с разряженной батареей он начинает безбожно завирать показания. Вам поможет избавиться от такой неприятности перевод мультиметра на аккумулятор литиевый 18650!

Для осуществления этого нам понадобится спаять повышающий преобразователь 3.7 В — 9 В, а так-же раздобыть аккумулятор формата 18650 (можно разобрать ненужную батарею от ноутбука или от автомобиля Tesla Model S, там стоят такие-же).

Шаг 1. Перевод мультиметра на аккумулятор. Подгоняем место под 18650.

Для начала нам нужно разместить все элементы внутри корпуса мультиметра. Для этого прикладываем аккумулятор по месту и отпиливаем все мешающиеся пластиковые элементы корпуса. Не забудьте просверлить отверстие под разъем зарядки аккумулятора.

Шаг 2. Повышающий преобразователь напряжения.

Теперь нам нужно спаять повышающий преобразователь, который будет поднимать напряжение аккумулятора с 3.7 до 9 вольт. Я собрал его на микросхеме MC34063A. Вот её даташит . Номиналы элементов не так критичны по значениям так как я использовал подстроечный резистор, с помощью которого можно точно выставить нужное нам напряжение 9 вольт.

Вот список компонентов:

• 1 18650 Литиевый аккумулятор
• 1 разъем постоянного тока
• 1 22k или 27k резистор
• 1 180 Ом резистор
• 1 10k или 5k переменный резистор
• 1 22uF или 47uF электролитический конденсатор
• 1 100uF электролитический конденсатор
• 1 от 10pF до 50pF керамический конденсатор
• 1 MC34063A
• 1 IN5819 диод
• 1 170uH индуктивность.

По этой ссылке вы сможете скачать проект печатной платы в формате Eagle.

Шаг 3. Собираем всё вместе.

Тут нужно немного попаять.

Припаиваем центральный контакт разъема питания к положительному выводу аккумулятора.

Припаиваем боковой контакт разъема питания к отрицательному выводу аккумулятора.

Отсюда-же припаиваем провод к отрицательному входу преобразователя.

Припаяйте положительный контакт батареи к неиспользуемому контакту на переключателе мультиметра.

Припаяйте провод от другой стороны переключателя мультиметра к положительному входу преобразователя.

Теперь припаяйте провода от 9 вольтового входа питания мультиметра к выходным контактам преобразователя.

Отрегулируйте выходное напряжение преобразователя на уровне 9 вольт с помощью подстроечного резистора.

Затем соберите мультиметр обратно! Перевод мультиметра на аккумулятор можно считать завершённым.

Теперь вам никогда не придется покупать батарейки Крона для своего мультиметра, достаточно лишь зарядить его аккумулятор.

Вконтакте